兆瓦級發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心盲孔加工技術(shù)

雷文 上海重型機(jī)器廠有限公司 (200245)

雷文（1981年~），本科，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造加工工藝研究。

0 概述及意義

目前，隨著我國電力需求量增長，對發(fā)電設(shè)備能力的要求也越來越高，大型發(fā)電設(shè)備在我國正逐漸建設(shè)并投入運(yùn)營，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是發(fā)電設(shè)備的核心零件，材料為25Cr2Ni4MoV，屬于高強(qiáng)度合金鋼，內(nèi)部各項(xiàng)性能指標(biāo)要求較高，且受其特殊形狀制約，百萬千瓦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長度較長，精加工凈重噸位達(dá)85t，外徑小，剛度差，工件右端?220mm中心盲孔精度要求較高，盲孔深度2 725mm，同軸度要求控制在0.5mm以內(nèi)，圓柱度只有0.12mm，工件表面粗糙度Ra1.6μm，同時盲孔底部為SR110mm球面；通常轉(zhuǎn)子的中心盲孔尺寸為?130mm，底部球面為SR65mm，由于盲孔精度要求較高，表面需要滿足磁粉探傷要求，因此底部球面與圓柱段必須無接刀痕跡，難度比較大。隨著中心孔徑的增大，球面直徑也變大，加工難度越來越高，傳統(tǒng)的中心孔及球面底孔加工方法及刀具已經(jīng)不能滿足要求；其次，中心孔及其球面底孔形位公差及精度要求較高，需要特殊的加工工裝及加工工藝的技術(shù)創(chuàng)新。為此，根據(jù)百萬轉(zhuǎn)子的套料孔精度要求，在傳統(tǒng)的?130mm中心盲孔加工基礎(chǔ)上，對套料、割斷、擴(kuò)孔及砂光等工裝刀具進(jìn)行改進(jìn)，尤其是底部球面加工刀具的改進(jìn)，并且通過實(shí)驗(yàn)件對工裝刀具的可行性進(jìn)行試驗(yàn)，獲得成功，最終應(yīng)用到產(chǎn)品中，滿足百萬轉(zhuǎn)子?220mm中心盲孔的高精度要求。

圍繞兆瓦級火電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的中心球面底孔的加工制造過程進(jìn)行論述，重點(diǎn)介紹了中心盲孔的套料、試棒割斷、精鏜及磨削全過程，為這類轉(zhuǎn)子中心球面底孔的加工積累制造經(jīng)驗(yàn)。

圖1 汽發(fā)兆瓦級發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意

1 球面中心孔加工步驟

圖2 球面中心孔

從圖2看出，中心盲孔深度較深，形位公差及粗糙度要求較高，尤其底球面SR110尺寸較大，而且必須滿足磁粉探傷無裂紋的要求，加工難度較大。通過多次試驗(yàn)加工，不斷對刀具及加工方法的改進(jìn)，最終達(dá)到這類轉(zhuǎn)子中心孔的精度要求。

2.1 中心孔加工前的準(zhǔn)備

要滿足中心孔圓柱度的要求，工件必須有較高精度的支撐凸輪檔，深孔加工之前，零件在數(shù)控車床上采用進(jìn)口刀片，各節(jié)凸輪擋外圓光一刀并砂光達(dá)Ra1.6μm，如果車床無法滿足跳動要求，需要采用精密磨床進(jìn)行磨削凸輪擋，保證各節(jié)凸輪擋的同軸度及跳動均小于0.05mm，在工件中心孔段外圓上光幾節(jié)測量帶，工件中心孔端面光一刀，與外圓垂直，在中心孔中心鉆車一節(jié)?110mm×100mm的導(dǎo)向孔（如圖3），要求導(dǎo)向孔與凸輪擋同軸度控制在0.05mm以內(nèi),這樣做的目的是便于深孔加工時找正，防止內(nèi)孔偏斜量過大，保證中心孔與外圓的同軸度，減少修正內(nèi)孔的次數(shù)，同時保證中心孔的圓柱度要求。

圖3 中心孔導(dǎo)向孔

2.2 中心孔試棒套取

圖4 套料工具

圖5 60試棒

2.3 中心孔的加工

套取出中心試樣棒后，此時，孔的直徑為?120mm。采用超聲波測厚儀，通過外圓測量帶，測定中心孔軸線的偏斜方向和偏斜量的大小，做好記錄，同時在工件上標(biāo)出。

(1) 換?100mm鏜桿，裝上專門設(shè)計(jì)的R59mm板鉆刀頭（如圖6），由于內(nèi)孔粗糙度很低，底面為不規(guī)則圓弧，以木圈作為導(dǎo)向套，粗加工球面底孔至SR59mm，加工時工件轉(zhuǎn)動，刀桿不動。

圖6 R59mm板鉆刀

(2) 裝上專門設(shè)計(jì)的鏜刀（如圖7），分3刀進(jìn)行擴(kuò)孔加工，擴(kuò)孔時根據(jù)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正中心孔的同軸度，加工時工件轉(zhuǎn)動，刀桿不動，粗鏜內(nèi)孔至?172mm。此時深孔底面形狀如圖8,然后再采用測厚儀檢測中心孔軸線的偏斜方向和偏斜量。

圖7 ?172mm鏜刀

圖8 球面底孔形狀

(3) 裝上R86mm板鉆刀，采用樹脂導(dǎo)向套，如圖9，擴(kuò)鏜球面底孔至SR86mm，深度不再加深，尺寸由鉆桿進(jìn)給量控制，只擴(kuò)周邊，加工后形狀如圖10。

圖9 R86mm板鉆刀片

圖10 球面底孔形狀

(4) 裝上專門設(shè)計(jì)的精加工鏜頭及粗?jǐn)U孔刀片（如圖11），工件轉(zhuǎn)動，鉆桿不動，逐次粗鏜內(nèi)孔至?210mm，加工時采用測厚儀檢測中心孔軸線的偏斜方向，不斷修正，使同軸度控制在0.1mm以內(nèi)，此時深孔形狀如圖12。

圖11 精加工鏜頭體及粗?jǐn)U孔刀片

圖12 球面底孔形狀

(5) 鏜頭不換，換上R104mm板鉆刀片（如圖13），擴(kuò)鏜球面底孔至SR104mm，深度不再加深，只擴(kuò)周邊，使底面臺階變小，加工后底孔形狀如圖14。

圖13 鏜頭體3及R104mm板鉆刀片

圖14 球面底孔形狀

(6) 換上精加工浮動鏜頭及浮動鏜刀（如圖15），半精、精鏜孔至?219.3mm，表面粗糙度接近Ra3.2μm，此時底孔形狀如圖16。

圖15 浮動鏜刀

圖16 球面底孔形狀

(7) 裝上專門設(shè)計(jì)的板鉆頭并安裝R109.5mm板鉆刀片，(如圖17)，擴(kuò)鏜球面底孔至SR109.5mm，深度不再加深，此時底面接近球面，球面與中心孔單面有0.15mm左右的臺階接刀痕，表面粗糙度為Ra6.3μm，加工后底孔形狀如圖18。

圖17 板鉆頭及R109.5mm板鉆刀片

圖18 球面底孔形狀

(8) 此時，中心孔及球面底孔基本成型，只留有磨量，裝上專門設(shè)計(jì)的裹紗布磨頭（如圖19），裹上砂紙（砂紙分粗、半精、精三種），反復(fù)珩磨內(nèi)孔及球面底孔（如圖20），消除球面底孔與中心孔連接處的臺階接刀痕，達(dá)到圖樣尺寸及表面粗糙度要求。磨削時進(jìn)給均勻，防止喇叭孔的產(chǎn)生，保證0.12mm的圓柱度要求。

圖19 裹紗布磨頭

圖20 精加工球面底孔

2 小結(jié)

通過采用上面的工藝措施，最終完成了兆瓦級火電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子?220mm中心盲孔及球面底孔的加工，形位公差及表面粗糙度均滿足圖樣要求，為大尺寸中心盲孔球面底孔的制造積累了經(jīng)驗(yàn)，并且對同類產(chǎn)品中心盲孔的加工具有借鑒作用，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心盲孔的制造工藝水平得到了進(jìn)一步提高。